石墨烯基纳米组装体构建及其固定化酶研究

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石墨烯优异的物理化学性质使其适用于固定化酶领域。石墨烯纳米片可为生物酶提供大量附着位点,作为固定化酶载体构建高性能酶催化系统。然而,石墨烯纳米片尺寸较小,循环使用较难。仿生粘合与仿生矿化是常用的固定化酶制备方法。在常温常压及中性pH条件下,仿生粘合、仿生矿化法可在纳米片表面形成不同结构的纳米涂层。本研究基于仿生粘合、仿生矿化等仿生方法,将石墨烯纳米片组装形成纳米组装体,其高比表可实现酶分子高负载,大尺寸利于固定化酶回用,涂层与酶间的强相互作用可提高固定化酶稳定性。本文主要研究内容如下:(1)利用仿生粘合,在氧化石墨烯(GO)表面修饰多巴胺制备还原石墨烯纳米片(P-rGO)。脂肪酶通过物理吸附及共价作用结合在P-rGO表面。该石墨烯纳米片具备较高的比表面积,且聚多巴胺(PDA)表面儿茶酚基团与脂肪酶上氨基形成共价键,酶负载量高达642.5 mg g-1。P-rGO还具有优于GO的循环、温度和pH稳定性,脂肪酶表面氨基与PDA上儿茶酚基团的共价作用可减少脂肪酶脱落及构象改变。(2)利用沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)调控P-rGO表面润湿性,利用Pickering乳化技术将P-rGO/ZIF-8纳米片在油水界面组装形成稳定的微囊型石墨烯基纳米组装体。脂肪酶与ZIF-8的物理吸附作用及酶表面氨基与PDA上儿茶酚基团的共价作用可有效提高固定化效率(65.068.1%)。酶负载量340.3487.6 mg g-1。形成的Pickering乳液可在油水体系中稳定存在,循环6次仍然保留50%的初始酶活力。(3)利用聚乙烯亚胺(PEI)将GO组装成泡沫型石墨烯基纳米组装体。吸附脂肪酶后,利用仿生矿化将脂肪酶包埋在ZIF-8纳米涂层中。脂肪酶负载量最高可达656.0 mg g-1,酶活回收率40.0%。ZIF-8纳米涂层可有效阻止酶的泄露,并抑制酶构象改变。因此该纳米组装体具备良好的溶剂及温度稳定性,在50%二甲基甲酰胺(DMF)及甲醇中处理1 h,可保留>68%的初始酶活力,70 oC下处理2 h仍可保留40%的初始酶活力,循环6次可保留高达92.1%的初始酶活力。
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